Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án môn học "Thiết kế cầu bê tông cốt thép" do nhóm sinh viên Nguyễn Phạm Doanh, Nguyễn Thị Ngọc Hân và Trần Trọng Đức (Khoa Cầu đường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Cù Việt Hưng vào tháng 07/2022. Đề tài tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật kết cấu nhịp cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) giản đơn tiết diện chữ I căng sau – một trong những dạng kết cấu nhịp phổ biến nhất trong mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam.

Mục tiêu và nhiệm vụ kỹ thuật của đồ án bao gồm:

  1. Xác định số liệu thiết kế, lựa chọn kích thước hình học sơ bộ cho toàn bộ kết cấu nhịp (dầm chủ, dầm ngang, bản mặt cầu, lớp phủ và lan can).
  2. Phân tích nội lực, tính toán và bố trí cốt thép thường cho bản mặt cầu theo phương pháp dải bản ngang; kiểm toán khả năng chịu lực và khống chế nứt theo trạng thái giới hạn.
  3. Xác định đặc trưng hình học tiết diện dầm chủ qua các mặt cắt; tính toán tĩnh tải qua 3 giai đoạn thi công - khai thác; xác định hệ số phân phối tải trọng ngang và lập đường ảnh hưởng để tính nội lực do hoạt tải HL-93 gây ra.
  4. Lựa chọn số lượng, thiết kế quỹ đạo cáp dự ứng lực; tính toán các mất mát ứng suất (tức thời và dài hạn); kiểm toán dầm chủ theo Trạng thái giới hạn Cường độ I (uốn, cắt, cốt thép tối thiểu) và Trạng thái giới hạn Sử dụng (ứng suất bê tông, độ võng).
  5. Lập biện pháp tổ chức thi công chi tiết cho kết cấu nhịp cầu từ khâu đúc dầm, căng kéo cáp, lao lắp đến đổ bê tông bản mặt cầu và hoàn thiện.

Phạm vi thiết kế giới hạn trong kết cấu nhịp giản đơn dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực bán lắp ghép căng sau, chiều dài toàn dầm $L = 32{,}9\text{ m}$, chiều dài nhịp tính toán $L_s = 32{,}1\text{ m}$, bề rộng toàn cầu $B = 11{,}8\text{ m}$ (bề rộng phần xe chạy $10{,}8\text{ m}$, hai dải lan can mỗi bên $0{,}5\text{ m}$).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn và quy chuẩn áp dụng

  • Tiêu chuẩn thiết kế cầu: Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 11823:2017 "Thiết kế cầu đường bộ" (áp dụng các phần: Thiết kế tổng thể, Tải trọng và Hệ số tải trọng, Kết cấu bê tông, Bản mặt cầu).
  • Tiêu chuẩn cốt thép thường: TCVN 1651-2:2018 "Thép cốt bê tông - Thép thanh vằn".
  • Tiêu chuẩn cáp dự ứng lực: ASTM A416-90a Cấp 270 (tao cáp 7 sợi độ chùng thấp).

Phương pháp tính toán và phân tích kết cấu

  • Phương pháp dải bản ngang: Dùng để tính toán bản mặt cầu, dải bản có bề rộng danh định $1{,}0\text{ m}$ vuông góc với dầm chủ, xem như dầm liên tục nhiều nhịp kê lên các gối cứng là sườn dầm chủ, có hai đầu mút thừa (bản hẫng). Bề rộng làm việc tương đương ($S_w$) xác định theo công thức thực nghiệm của TCVN 11823.
  • Phương pháp phân tích phân phối tải trọng ngang: Dùng công thức giải tích kết hợp tham số độ cứng dọc $K_g$ đối với dầm trong; sử dụng nguyên lý đòn bẩy kết hợp hệ số làn xe đối với dầm biên.
  • Phương pháp đường ảnh hưởng: Lập đường ảnh hưởng mômen và lực cắt tại các mặt cắt đặc trưng ($0L_s, 0{,}1L_s, 0{,}2L_s, 0{,}3L_s, 0{,}4L_s, 0{,}5L_s$) để xếp tổ hợp hoạt tải xe tải thiết kế, xe hai trục phụ (tandem) và tải trọng làn.
  • Mô hình mặt cắt quy đổi: Chuyển đổi tiết diện liên hợp giữa dầm chủ và bản mặt cầu sang tiết diện bê tông tương đương thông qua tỷ số môđun đàn hồi $n = E_c / E_{cb}$, tính toán ứng suất và mômen quán tính nứt $I_{cr}$ để kiểm toán nứt bản mặt cầu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Số liệu thiết kế, lựa chọn kích thước sơ bộ

Chương 1 thiết lập hệ thống chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng và xác định kích thước hình học tổng thể của công trình:

  • Thông số vật liệu dầm chủ: Bê tông dầm $f'_c = 45\text{ MPa}$, khối lượng thể tích $W_c = 23{,}43\text{ kN/m}^3$, môđun đàn hồi $E_c = 32.778\text{ MPa}$, giới hạn ứng suất nén cho phép $0{,}6f'_c = 27\text{ MPa}$, giới hạn kéo $0{,}5\sqrt{f'_c} = 3{,}35\text{ MPa}$.
  • Thông số vật liệu bản mặt cầu: Bê tông bản $f'c = 30\text{ MPa}$, môđun đàn hồi $E{cb} = 28.111\text{ MPa}$, trọng lượng riêng $\gamma_{rc} = 24{,}5\text{ kN/m}^3$. Lớp phủ bê tông asphalt dày $70\text{ mm}$ ($\gamma'_w = 22{,}5\text{ kN/m}^3$) và lớp phòng nước dày $5\text{ mm}$.
  • Cốt thép và cáp DƯL: Cốt thép có gờ mác CB400-V ($f_y = 400\text{ MPa}$), cốt tròn trơn CB240-T ($f_y = 240\text{ MPa}$). Cáp DƯL đường kính $12{,}7\text{ mm}$ ($0{,}5\text{ inch}$), $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, $f_{py} = 1670\text{ MPa}$, $E_p = 197.000\text{ MPa}$, diện tích tao cáp $A_{psi} = 98{,}7\text{ mm}^2$, ứng suất kéo căng khi kích $f_{pj} = 0{,}75f_{pu} = 1395\text{ MPa}$.
  • Kích thước kết cấu: Bố trí 5 dầm chủ chữ I cách nhau khoảng cách tim $S = 2360\text{ mm}$, chiều dài cánh hẫng $S_h = 1180\text{ mm}$. Chiều cao dầm chủ $H = 1650\text{ mm}$, bề rộng cánh trên $850\text{ mm}$, bề rộng cánh dưới $650\text{ mm}$, chiều dày sườn dầm biến thiên từ $200\text{ mm}$ (giữa nhịp) đến $650\text{ mm}$ (đầu dầm). Bố trí 5 vị trí dầm ngang dọc cầu (gồm 2 dầm ngang gối, 1 dầm ngang giữa nhịp, 2 dầm ngang tại $L/4$), chiều cao dầm ngang $1400\text{ mm}$, dày $200\text{ mm}$.
Bộ phận kết cấu Kích thước thiết kế Tiêu chuẩn / Căn cứ lựa chọn
Chiều dài dầm ($L$) / Nhịp tính toán ($L_s$) $32{,}9\text{ m}$ / $32{,}1\text{ m}$ Yêu cầu vượt nhịp địa hình
Bề rộng cầu ($B$) $11{,}8\text{ m}$ (khổ xe $10{,}8\text{ m}$) 3 làn xe tiêu chuẩn ($3 \times 3{,}6\text{ m}$)
Chiều cao dầm chủ ($H$) $1650\text{ mm}$ Điều kiện độ võng và chịu lực
Chiều dày bản mặt cầu ($h_s$) $200\text{ mm}$ $h_{min} = (S+3000)/30 = 178{,}67\text{ mm} \rightarrow$ chọn $200\text{ mm}$
Chiều dày lớp phủ mặt cầu $70\text{ mm}$ BT asphalt $+ 5\text{ mm}$ phòng nước TCVN 11823-9:2017
Lan can phòng hộ Tiết diện $0{,}3875\text{ m}^2$, nặng $9{,}5\text{ kN/m}$ TCVN 11823-13:2017

Chương 2: Thiết kế bản mặt cầu

Chương này thực hiện mô hình hóa dải bản ngang $1\text{ m}$ chịu tĩnh tải và hoạt tải bánh xe $72{,}5\text{ kN}$:

  • Tĩnh tải tác dụng: Bản mặt cầu $W_s = 0{,}005\text{ N/mm}^2$, lớp phủ $W_{DW} = 0{,}0017\text{ N/mm}^2$, trọng lượng lan can $P_b = 9{,}5\text{ kN/m}$ đặt cách mép ngoài bản hẫng $191\text{ mm}$.
  • Bề rộng làm việc hữu hiệu của dải bản:
    • Tính mômen dương: $S_{wd} = 660 + 0{,}55S = 660 + 0{,}55 \times 2360 = 1958\text{ mm}$.
    • Tính mômen âm: $S_{wa} = 1220 + 0{,}25S = 1220 + 0{,}25 \times 2360 = 1810\text{ mm}$.
    • Tính phần bản hẫng: $S_{w0} = 1140 + 0{,}833X = 1140 + 0{,}833 \times 380 = 1456{,}5\text{ mm}$.
  • Nội lực do hoạt tải: Xếp xe 1 làn, 2 làn và 3 làn lên đường ảnh hưởng. Kết quả trường hợp 1 làn xe chạy ($m = 1{,}2$) gây ra nội lực bất lợi nhất: mômen dương lớn nhất tại điểm 204 là $M_{204}^{LL} = 18.717{,}89\text{ N.mm/mm}$; mômen âm lớn nhất tại tiết diện gối 200 là $M_{200}^{LL} = -22.698{,}25\text{ N.mm/mm}$.
  • Tổ hợp nội lực và bố trí cốt thép:
    • Mômen dương lớn nhất (TTGH Cường độ I): $M_u = 38.603{,}94\text{ N.mm/mm} \rightarrow$ Bố trí cốt thép chịu lực chính $\Phi 14$ ($A_s = 154\text{ mm}^2$, chiều cao làm việc $d = 168\text{ mm}$), chiều cao vùng nén $a = 12{,}28\text{ mm} \le 58{,}8\text{ mm}$.
    • Mômen âm lớn nhất (TTGH Cường độ I): $M_u = -67.879{,}55\text{ N.mm/mm} \rightarrow$ Bố trí cốt thép $\Phi 18$ khoảng cách $a180$ ($d = 156\text{ mm}$), $a = 22{,}55\text{ mm} \le 54{,}76\text{ mm}$, sức kháng uốn danh định $\phi M_n = 73.655{,}18\text{ N.mm/mm} > |M_u|$.
    • Cốt thép phân bố và chống co ngót/nhiệt độ: Bố trí cốt dọc mặt trên $\Phi 10a200$ ($A_s = 0{,}392\text{ mm}^2/\text{mm} > A_{s,min} = 0{,}1716\text{ mm}^2/\text{mm}$).
    • Kiểm tra nứt theo TTGH Sử dụng I: Ứng suất kéo trong cốt thép tại vị trí chịu mômen dương đạt $f_{ss} = 166{,}04\text{ MPa} \le 0{,}6f_y = 240\text{ MPa}$; tại vị trí mômen âm đạt $f_{ss} = 227{,}49\text{ MPa} \le 240\text{ MPa}$, thỏa mãn điều kiện khống chế khoảng cách cốt thép chống nứt nẻ mặt cầu.

Chương 3: Tính nội lực dầm chủ

Chương 3 xác định đặc trưng hình học dầm và tính toán nội lực theo từng giai đoạn làm việc:

  • Đặc trưng hình học mặt cắt ngang:
    • Tiết diện đầu dầm ($0L_s$): Diện tích $A = 1{,}099\text{ m}^2$, trọng tâm cách đáy $y = 0{,}842\text{ m}$, mômen quán tính $I = 0{,}255582\text{ m}^4$.
    • Tiết diện giữa nhịp ($0{,}5L_s$): Diện tích $A = 0{,}6373\text{ m}^2$, trọng tâm cách đáy $y = 0{,}827\text{ m}$, mômen quán tính $I = 0{,}213601\text{ m}^4$.
    • Thể tích bê tông một dầm chủ: $V = 23{,}76\text{ m}^3$.
  • Tĩnh tải tác dụng qua 3 giai đoạn:
    • Giai đoạn 1 ($g_1$ - trọng lượng bản thân dầm khi căng kéo): $g_1 = 17{,}694\text{ kN/m}$.
    • Giai đoạn 2 ($g_2$ - đổ bản mặt cầu, ván khuôn đúc sẵn, dầm ngang): Bản mặt cầu $g_b = 11{,}564\text{ kN/m}$, ván khuôn $g_{vk} = 3{,}352\text{ kN/m}$, dầm ngang đầu $g_{0,dnd} = 0{,}73\text{ kN/m}$, dầm ngang giữa $g_{0,dng} = 1{,}376\text{ kN/m} \rightarrow g_2 = 17{,}022\text{ kN/m}$.
    • Giai đoạn 3 ($g_3$ - lan can, lớp phủ asphalt, tiện ích): Lan can $g_{lc} = 3{,}8\text{ kN/m}$, lớp phủ $g_{lp} = 3{,}6\text{ kN/m}$, tiện ích $0{,}1\text{ kN/m} \rightarrow g_{DW} = 3{,}7\text{ kN/m} \rightarrow g_3 = 7{,}5\text{ kN/m}$.
Mặt cắt tính toán $0L_s$ (Gối) $0{,}1L_s$ $0{,}2L_s$ $0{,}3L_s$ $0{,}4L_s$ $0{,}5L_s$ (Giữa nhịp)
Mômen $M_{g1}$ (kN.m) 0 820,39 1458,47 1914,24 2187,70 2278,85
Mômen $M_{g2}$ (kN.m) 0 789,26 1403,13 1841,61 2104,70 2192,40
Mômen $M_{lc}$ (kN.m) 0 176,08 313,04 410,86 469,56 489,12
Mômen $M_{DW}$ (kN.m) 0 171,40 304,70 399,92 457,06 476,10
Lực cắt $V_{g1}$ (kN) 283,97 227,18 170,38 113,59 56,79 0
Lực cắt $V_{g2}$ (kN) 273,20 218,56 163,92 109,28 54,64 0
Lực cắt $V_{lc}$ (kN) 60,95 48,76 36,57 24,38 12,19 0
Lực cắt $V_{DW}$ (kN) 59,33 47,46 35,60 23,73 11,87 0
  • Hệ số phân phối tải trọng ngang (HSPPTT):
    • Tham số độ cứng dọc: $K_g = n(I_g + A_g e_g^2) = 1{,}17 \times (0{,}213601 + 0{,}6373 \times 0{,}923^2) = 0{,}882\text{ m}^4$.
    • Hệ số phân phối mômen lớn nhất: Dầm biên 1 làn xe chất tải theo nguyên lý đòn bẩy $mg_M = 0{,}783$ (khống chế thiết kế so với dầm trong $0{,}668$).
    • Hệ số phân phối lực cắt lớn nhất: Dầm trong khi xếp 2 hay nhiều làn xe $mg_V = 0{,}807$.
  • Nội lực hoạt tải HL-93: Lực cắt lớn nhất do hoạt tải (chưa nhân hệ số tải trọng) tại tiết diện gối đạt $V_{LL} = 438{,}311\text{ kN}$ (tổ hợp xe tải thiết kế có xung kích $33%$ và tải trọng làn), tại $0{,}1L_s$ đạt $V_{LL} = 380{,}55\text{ kN}$.

Chương 4: Tính toán cáp dự ứng lực và kiểm toán dầm chủ

Chương này thực hiện thiết kế bó cáp căng sau và kiểm tra các trạng thái giới hạn:

  • Bố trí cáp DƯL: Thiết kế các bó cáp tao $12{,}7\text{ mm}$ chạy theo quỹ đạo parabol trong ống ghen bọc kín đường kính $15{,}24\text{ mm}$, uốn cong nâng cao dần về phía hai đầu dầm để giảm mômen âm do dự ứng lực tại gối và tăng sức kháng cắt.
  • Tính toán mất mát ứng suất:
    • Mất mát tức thời: Mất mát do ma sát uốn cong và lắc ống ghen ($\mu = 0{,}25/\text{rad}$, $K = 0{,}0000066/\text{m}$), mất mát do tụt nêm neo ($\Delta l = 6\text{ mm}$), mất mát do co ngắn đàn hồi của bê tông ($\Delta f_{pES}$).
    • Mất mát dài hạn theo thời gian: Do từ biến, co ngót của bê tông và độ chùng ứng suất của cốt thép DƯL.
  • Kiểm toán Trạng thái giới hạn Cường độ I:
    • Sức kháng uốn tại mặt cắt giữa nhịp $0{,}5L_s$: Kiểm tra khả năng chịu lực giới hạn $\phi M_n \ge M_u$, đảm bảo phá hoại dẻo thông qua tỷ số chiều cao vùng nén.
    • Sức kháng cắt: Bố trí cốt đai chịu cắt kết hợp thành phần thẳng đứng của lực căng cáp DƯL xiên ($V_p$) thỏa mãn điều kiện chịu cắt dọc dầm.
    • Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu nhằm chống phá hoại giòn.
  • Kiểm toán Trạng thái giới hạn Sử dụng:
    • Kiểm toán ứng suất thớ trên và thớ dưới: Thực hiện độc lập trên 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 (khi mới căng kéo cáp), Giai đoạn 2 (đổ bê tông bản mặt cầu khi bê tông dầm chịu thêm tải), Giai đoạn 3 (giai đoạn khai thác đầy đủ tải trọng). Ứng suất nén và kéo tại mọi thớ đều nằm trong giới hạn cho phép ($f_c \le 27\text{ MPa}$, $f_t \le 3{,}35\text{ MPa}$).
    • Kiểm toán độ võng: Xác định độ võng ngược (vồng) do lực căng DƯL và độ võng xuôi do tĩnh tải 3 giai đoạn; kiểm tra độ võng do hoạt tải HL-93 (xét trường hợp chỉ riêng xe tải thiết kế và trường hợp $25%$ xe tải kết hợp tải trọng làn) so với độ võng cho phép $L_s/800$.

Chương 5: Quy trình tổ chức thi công kết cấu nhịp

Trình bày dây chuyền công nghệ thi công kết cấu nhịp cầu giản đơn:

  • Chế tạo dầm chủ tại bãi đúc: Công tác chuẩn bị mặt bằng công trường, đào tạo hố móng bệ đúc, trải lớp đệm cát, đổ bê tông bệ đúc dầm; lắp đặt cốt thép thường, hệ thống ống ghen định vị tuyến cáp parabol; lắp dựng ván khuôn thép định hình; đổ và đầm bê tông dầm mác $45\text{ MPa}$; bảo dưỡng ẩm; căng kéo cáp DƯL bằng kích thủy lực khi bê tông đạt cường độ quy định; bơm vữa xi măng không co ngót lấp đầy ống ghen bảo vệ cáp.
  • Vận chuyển và lao lắp dầm: Dùng xe rơ-moóc chuyên dụng vận chuyển dầm từ bãi đúc ra vị trí cầu; sử dụng giá long môn hoặc cẩu chuyên dụng để cẩu lắp từng phiến dầm đặt chính xác lên các gối cầu trên mố/trụ.
  • Thi công bản mặt cầu và hoàn thiện: Lắp đặt hệ ván khuôn đúc sẵn giữa các cánh dầm, buộc cốt thép bản mặt cầu mác $30\text{ MPa}$; đổ bê tông bản mặt cầu và dầm ngang liên kết; thi công gờ chắn bánh, gắn lan can thép; quét lớp chống thấm $5\text{ mm}$, thảm lớp bê tông nhựa asphalt $70\text{ mm}$, lắp khe co giãn và hệ thống thoát nước cầu.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Kiến trúc mặt cắt ngang và kết cấu dầm

Kết cấu nhịp cầu bao gồm 5 dầm I liên hợp với bản mặt cầu đúc tại chỗ. Sơ đồ hình học chi tiết được thiết kế đồng bộ nhằm tối ưu hóa khả năng chịu lực:

  • Mặt cắt ngang dầm: Bề dày sườn dầm mở rộng từ $200\text{ mm}$ ở đoạn giữa nhịp lên $650\text{ mm}$ tại vị trí đầu dầm nhằm tiếp nhận ứng suất cục bộ lớn tại vùng neo và tăng cường sức kháng cắt.
  • Khối dầm ngang: Chiều cao dầm ngang $h_{dn} = 1400\text{ mm}$, dày $200\text{ mm}$, liên kết các dầm chủ tại 5 vị trí (2 gối, 2 tiết diện $L/4$, 1 giữa nhịp) nhằm phân phối tải trọng ngang và tăng độ cứng không gian chống vặn xoắn.
  • Quy đổi vật liệu và tiết diện liên hợp: Để tính toán kết cấu liên hợp dầm I và bản mặt cầu, hệ số quy đổi môđun đàn hồi $n = E_c / E_{cb} = 32.778 / 28.111 = 1{,}17$ được đưa vào tính toán mômen quán tính tương đương và trọng tâm mặt cắt.
+-------------------------------------------------------------------------------+
| SƠ ĐỒ MẶT CẮT KẾT CẤU NHỊP VÀ THÔNG SỐ VẬT LIỆU CHÍNH                         |
+-------------------------------------------------------------------------------+
| Bề rộng cầu: B = 11.8m (Khổ xe: 10.8m, 2 Lan can: 2 x 0.5m)                   |
| Số lượng dầm chủ: 5 dầm chữ I | Cự ly dầm: S = 2.36m | Chiều dài: L = 32.9m   |
+-------------------------------------------------------------------------------+
| - Bê tông dầm chủ:        f'c = 45 MPa  | Ec = 32778 MPa                      |
| - Bê tông bản mặt cầu:    f'c = 30 MPa  | Ecb = 28111 MPa                     |
| - Cáp dự ứng lực:         ASTM A416-90a Cấp 270, tao 12.7mm, fpu = 1860 MPa    |
| - Cốt thép thường:        CB400-V (chính, fy=400MPa), CB240-T (đai/phụ)       |
| - Hoạt tải thiết kế:      HL-93 (Xe tải 145kN, Tandem 110kN, Làn 9.3kN/m)     |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật chính

  • Xác lập đầy đủ tập hợp kích thước kết cấu nhịp cầu dầm I $L = 32{,}9\text{ m}$ đáp ứng tải trọng HL-93 theo TCVN 11823:2017.
  • Xác định giá trị nội lực khống chế dải bản mặt cầu: Mômen dương thiết kế $M_u = 38.603{,}94\text{ N.mm/mm}$ (bố trí thép $\Phi 14$), mômen âm thiết kế $M_u = -67.879{,}55\text{ N.mm/mm}$ (bố trí thép $\Phi 18a180$).
  • Phân tích chi tiết tĩnh tải qua 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 $g_1 = 17{,}694\text{ kN/m}$, Giai đoạn 2 $g_2 = 17{,}022\text{ kN/m}$, Giai đoạn 3 $g_3 = 7{,}5\text{ kN/m}$.
  • Tổng hợp hệ số phân phối tải trọng ngang: $mg_M = 0{,}783$ cho mômen uốn dầm biên và $mg_V = 0{,}807$ cho lực cắt dầm trong.
  • Chứng minh toàn bộ các điều kiện kiểm toán về sức kháng uốn, sức kháng cắt, ứng suất bê tông 3 giai đoạn, độ võng và bề rộng vết nứt đều thỏa mãn tiêu chuẩn.

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Cung cấp phương pháp luận tính toán chi tiết, chuẩn hóa các bước thiết kế kết cấu nhịp dầm BTCT DƯL chữ I căng sau theo tiêu chuẩn TCVN 11823:2017.
  • Làm rõ sự chuyển đổi trạng thái ứng suất và sự tham gia chịu lực của từng bộ phận kết cấu qua các giai đoạn thi công thực tế (từ khi dầm đứng độc lập căng kéo cáp đến khi đổ bản và đưa vào khai thác toàn tải).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế tĩnh và phân tích đàn hồi tuyến tính cho một nhịp giản đơn dầm I căng sau điển hình; chưa mô phỏng động lực học cầu dưới tác động của đoàn xe chạy tốc độ cao hoặc tải trọng động đất phức tạp.
  • Hướng mở rộng: Nghiên cứu tối ưu hóa số lượng và quỹ đạo cáp DƯL bằng các phần mềm phần tử hữu hạn chuyên dụng (như Midas Civil, RM Bridge); mở rộng tính toán cho sơ đồ dầm liên tục nhiều nhịp hoặc dầm tiết diện Super-T, chữ T.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp và hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Cầu đường, Công trình Giao thông, Xây dựng Công trình Thủy - Cầu hầm làm đồ án môn học Thiết kế cầu bê tông cốt thép hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư Cầu đường.
  • Kỹ sư thiết kế công trình giao thông cần một biểu mẫu tính toán hoàn chỉnh từ khâu sơ bộ kích thước, dải bản ngang, phân phối tải trọng ngang $K_g$, tính mất mát cáp DƯL đến kiểm toán các trạng thái giới hạn theo TCVN 11823:2017.

Câu hỏi thường gặp

1. Chiều dài nhịp và khổ cầu thiết kế trong đồ án là bao nhiêu?
Chiều dài toàn bộ dầm chủ là $L = 32{,}9\text{ m}$, chiều dài nhịp tính toán giữa hai tim gối là $L_s = 32{,}1\text{ m}$. Bề rộng toàn cầu là $B = 11{,}8\text{ m}$ (khổ xe chạy $10{,}8\text{ m}$ bố trí 3 làn xe, hai dải lan can mỗi bên rộng $0{,}5\text{ m}$).

2. Chiều dày bản mặt cầu được chọn là bao nhiêu và tính theo công thức nào?
Theo TCVN 11823-9:2017, chiều dày tối thiểu là $175\text{ mm}$ và theo điều kiện nhịp bản $H_{min} = (S + 3000)/30 = (2360 + 3000)/30 = 178{,}67\text{ mm}$. Đồ án lựa chọn chiều dày bản mặt cầu BTCT là $h_s = 200\text{ mm}$.

3. Tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ được phân chia thành mấy giai đoạn và giá trị cụ thể là bao nhiêu?
Tĩnh tải được chia làm 3 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1 (trọng lượng bản thân dầm chủ): $g_1 = 17{,}694\text{ kN/m}$.
  • Giai đoạn 2 (bản mặt cầu, ván khuôn đúc sẵn, dầm ngang): $g_2 = 17{,}022\text{ kN/m}$.
  • Giai đoạn 3 (lan can, lớp phủ asphalt, tiện ích): $g_3 = 7{,}5\text{ kN/m}$ (trong đó $g_{DW} = 3{,}7\text{ kN/m}$, $g_{lc} = 3{,}8\text{ kN/m}$).

4. Cốt thép chịu mômen âm và mômen dương của bản mặt cầu được bố trí như thế nào?
Cốt thép chịu mômen dương bố trí thép thanh vằn $\Phi 14$ ($A_s = 154\text{ mm}^2$, chiều cao làm việc $d = 168\text{ mm}$). Cốt thép chịu mômen âm bố trí thép thanh vằn $\Phi 18$ khoảng cách $a180$ ($A_s = 254\text{ mm}^2$, $d = 156\text{ mm}$). Cốt thép phân bố chống co ngót mặt trên dùng $\Phi 10a200$.

5. Hoạt tải thiết kế và hệ số phân phối tải trọng ngang lớn nhất cho dầm chủ là bao nhiêu?
Hoạt tải thiết kế là đoàn xe HL-93 (gồm xe tải thiết kế $145\text{ kN}$, xe hai trục phụ $110\text{ kN}$ và tải trọng làn $9{,}3\text{ kN/m}$). Hệ số phân phối mômen lớn nhất thuộc về dầm biên ($mg_M = 0{,}783$), hệ số phân phối lực cắt lớn nhất thuộc về dầm trong ($mg_V = 0{,}807$).

Kết luận

Đồ án "Thiết kế cầu bê tông cốt thép" của nhóm sinh viên Khoa Cầu đường - Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ tính toán kết cấu nhịp cầu dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực $L = 32{,}9\text{ m}$ theo hệ thống tiêu chuẩn TCVN 11823:2017. Toàn bộ các bước xác định nội lực bản mặt cầu, phân tích dầm chủ qua các giai đoạn thi công, thiết kế cáp DƯL và kiểm toán theo trạng thái giới hạn Cường độ I và Sử dụng đều được thực hiện nhất quán, chính xác với các số liệu kỹ thuật tường minh. Đây là bản thuyết minh thiết kế hoàn chỉnh, đáp ứng đầy đủ yêu cầu học thuật và có giá trị tham khảo chuyên môn cao trong lĩnh vực kỹ thuật cầu đường bộ.